CN115217688A - 用于天然气发动机的进气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于天然气发动机的进气系统。提供了一种用于发动机的进气系统。导管被配置为将可燃混合物引导至气缸盖。混合单元联接到导管。混合单元包括燃料配给器和第一混合器，燃料配给器被配置为将燃料分配到导管中，第一混合器位于燃料配给器的下游。第一混合器被配置为混合空气和燃料。混合单元还包括废气气体配给器和第二混合器，废气气体配给器被配置为将废气气体分配到导管中，第二混合器位于废气气体配给器的下游。第二混合器被配置为将废气气体与空气和燃料混合以形成可燃混合物。进气节气门被配置为将空气导入混合单元中。

Description

用于天然气发动机的进气系统
技术领域
本发明总体上涉及用于天然气发动机的进气系统。
背景技术
近年来，天然气已成为一种更常见的燃料来源。当与内燃发动机中使用的其他燃料源相比时，天然气发动机往往产生较少的氮氧化物(NOx)和温室气体排放物。由于天然气丰富，天然气发动机往往也更具有成本效益。
天然气动力交通工具的运行与具有火花点火式内燃发动机(spark-ignitedinternal combustion engine)的汽油动力交通工具非常相似。天然气动力交通工具的发动机的运行方式与汽油发动机相同。天然气储存在燃料箱或气缸中。燃料系统通过燃料管路(fuel line)从燃料箱输送高压气体，在燃料管路中，压力调节器将压力降低到与发动机燃料喷射系统相适应的水平。最后，燃料被引入到进气歧管或燃烧室中，在进气歧管或燃烧室中燃料与空气混合并且然后被压缩并由火花塞点燃。
发明内容
在一组实施例中，用于发动机的进气系统包括导管，该导管被配置为将可燃混合物引导至气缸盖。混合单元联接到导管。混合单元包括燃料配给器(fuel doser)和第一混合器，燃料配给器被配置为将燃料分配到导管中，第一混合器位于燃料配给器的下游。第一混合器被配置为混合空气和燃料。混合单元还包括废气气体配给器(exhaust gas doser)和第二混合器，废气气体配给器被配置为将废气气体分配到导管中，第二混合器位于废气气体配给器的下游。第二混合器被配置为将废气气体与空气和燃料混合以形成可燃混合物。进气节气门(air intake throttle)被配置为将空气导入混合单元中。
在一些实施例中，进气系统还包括：燃料路径，其与所述燃料配给器流体连通，所述燃料路径被配置为将所述燃料从燃料系统引导至所述燃料配给器；以及废气气体路径，其与所述废气气体配给器流体连通，所述废气气体路径被配置为将所述废气气体从废气气体再循环系统引导至所述废气气体配给器。
在一些实施例中，所述燃料配给器包括第一雾化器，所述第一雾化器被配置为将所述燃料分配到所述导管中，并且其中，所述废气气体配给器包括第二雾化器，所述第二雾化器被配置为将所述废气气体分配到所述导管中。
在一些实施例中，所述燃料配给器位于所述废气气体配给器的上游。
在一些实施例中，所述燃料配给器位于所述废气气体配给器的下游。
在一些实施例中，所述燃料包括天然气。
在另一组实施例中，混合单元位于发动机系统的进气系统内，并与发动机系统的燃料系统和发动机系统的废气气体再循环系统流体连通。混合单元包括导管和位于导管内的燃料配给器。燃料配给器包括第一上游部分、第一下游部分和位于第一上游部分、第一下游部分与导管之间的第一凹进部分。第一凹进部分被配置为从燃料系统接收燃料并将燃料导入导管中，以将燃料与流经导管的空气混合。混合单元包括废气气体配给器，该废气气体配给器位于导管内和燃料配给器的下游。废气气体配给器包括第二上游部分、第二下游部分和位于第二上游部分、第二下游部分与导管之间的第二凹进部分。第二凹进部分被配置为从废气气体再循环系统接收废气气体，并将废气气体导入导管中，以将废气气体与流经导管的燃料和空气混合。
在一些实施例中，所述燃料配给器还包括：第一多个开口，其由所述第一上游部分限定并完全延伸穿过所述第一上游部分，使得所述第一凹进部分与所述导管的上游部分流体连通；以及第二多个开口，其由所述第一下游部分限定并完全延伸穿过所述第一下游部分，使得所述第一凹进部分与所述导管的下游部分流体连通。
在一些实施例中，所述燃料配给器还包括：中央枢纽；以及多个辐条，其与所述燃料配给器的内表面和所述中央枢纽联接并在所述燃料配给器的所述内表面和所述中央枢纽之间延伸。
在一些实施例中，所述燃料配给器限定多个内部通道，所述多个内部通道由所述多个辐条限定，所述多个内部通道中的每一个与所述多个辐条中对应的一个辐条相关联，所述多个内部通道与所述第一凹进部分流体连通。
在一些实施例中，所述多个辐条中的每一个限定第三多个开口，所述第三多个开口沿下游方向完全延伸穿过所述多个辐条中的每一个，使得所述多个内部通道中的每一个与所述第三多个开口中的每一个流体连通。
在一些实施例中，所述中央枢纽限定中空部分，所述中空部分与所述多个内部通道流体连通，并且限定沿下游方向完全延伸穿过所述中央枢纽的多个孔，使得所述中空部分与所述导管流体连通。
在一些实施例中，混合单元还包括第一混合器，所述第一混合器位于所述燃料配给器的下游，所述第一混合器包括：外部部分；中央枢纽；以及多个翅片，所述多个翅片联接到所述第一混合器的所述外部部分和所述中央枢纽并在所述第一混合器的所述外部部分和所述中央枢纽之间延伸，所述多个翅片被配置为改变流经所述导管的所述燃料和所述空气的流动方向，以使所述燃料和所述空气混合。
在又一组实施例中，提供了一种发动机系统。进气系统位于空气源和气缸盖之间，该进气系统包括导管和混合单元，导管被配置为将可燃混合物引导至气缸盖，混合单元联接到导管。混合单元包括：燃料配给器，其被配置为将第一材料分配到导管中；废气气体配给器，其被配置为将第二材料分配到导管中；第一混合器，其位于燃料配给器和废气气体配给器之间；以及第二混合器，其位于燃料配给器和废气气体配给器的下游。第二混合器包括第二外部部分和第二中央枢纽(central hub)。进气节气门与空气源连通，进气节气门被配置为将空气导入混合单元中。
在一些实施例中，发动机系统还包括：第一路径，其与所述燃料配给器流体连通，所述第一路径被配置为将所述第一材料引导至所述燃料配给器；以及第二路径，其与所述废气气体配给器流体连通，所述第二路径被配置为将所述第二材料引导至所述废气气体配给器。
在一些实施例中，所述燃料配给器包括第一雾化器，所述第一雾化器被配置为将所述第一材料分配到所述导管中，并且其中，所述废气气体配给器包括第二雾化器，所述第二雾化器被配置为将所述第二材料分配到所述导管中。
在一些实施例中，所述第一混合器还包括第一外部部分和第一中央枢纽。
在一些实施例中，所述第一混合器还包括第一多个翅片，所述第一多个翅片联接到所述第一外部部分和所述第一中央枢纽并在所述第一外部部分和所述第一中央枢纽之间延伸。
在一些实施例中，所述第二混合器还包括第二多个翅片，所述第二多个翅片联接到所述第二外部部分和所述第二中央枢纽并在所述第二外部部分和所述第二中央枢纽之间延伸。
在一些实施例中，所述第一多个翅片被配置为改变流经所述导管的空气的流动方向和所述第一材料或所述第二材料的流动方向，以使得所述空气与所述第一材料或所述第二材料混合。
在一些实施例中，所述第二多个翅片被配置为改变流经所述导管的所述第二材料、所述第一材料和所述空气的流动方向，以使得所述第二材料、所述第一材料与所述空气混合，从而形成可燃材料。
在一些实施例中，所述燃料配给器位于所述废气气体配给器的上游。
在一些实施例中，所述第一材料是燃料并且所述第二材料是废气气体。
在一些实施例中，所述第一材料是废气气体并且所述第二材料是燃料。
在一些实施例中，所述燃料是天然气。
附图说明
在附图和以下描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。根据描述、附图和权利要求，本公开的其他特征、方面和优点将变得明显，在附图中：
图1是根据特定实施例的示例性天然气发动机的一部分的框图。
图2是根据特定实施例的图1的天然气发动机的一部分的示例性进气系统的图示。
图3是图2的进气系统的混合单元的横截面的图示。
图4-图6是用于在图3的混合单元中使用的示例性燃料配给器的多种视图的图示。
图7-图9是用于与图3的混合单元一起使用的示例性废气气体配给器的多种视图的图示。
图10是用于与图3的混合单元一起使用的示例性第一混合器的透视图的图示。
具体实施方式
接着以下是关于用于天然气发动机的进气系统的方法、装置和系统的各种概念以及用于天然气发动机的进气系统的方法、装置和系统的实施方式的更详细的描述。以上介绍的并且在以下更详细地讨论的各种概念可以以多种方式中的任一种方式来实施，因为所描述的概念不限于任何特定的实施的方式。具体实施方式和应用的示例主要为了说明性目的而被提供。
本文的实施方式涉及天然气发动机的进气系统。进气系统包括位于进气系统的入口附近的混合单元。混合单元的实施例包括至少燃料配给器，以将燃料(例如，天然气)注入进气系统中，以及至少废气气体配给器，以用于将废气气体注入进气系统中用于废气气体再循环(EGR)。混合单元还可以包括一个或更多个混合器，以混合进气系统内的空气、燃料和废气气体。空气、燃料和废气气体组合以形成可燃混合物，该可燃混合物被引导通过进气系统的导管并进入气缸盖。
本文描述的系统的各种实施例提供了可以应用于发动机系统的益处。混合单元在进气系统内的位置提供了对进气系统内的空气、燃料和废气气体的充分混合，以在将可燃混合物喷射到气缸中以用于燃烧之前产生基本上均匀的可燃混合物。此外，输送到气缸的可燃混合物具有0.969-1.012的最大变化λ，其中λ被定义为气缸中的空气/燃料比与化学计量空气/燃料比的比率。此外，最高EGR流速和最低EGR流速之间的差值在百分之二以内。
图1是天然气发动机100的一部分的框图，该天然气发动机100例如可以结合在交通工具内。天然气发动机100包括燃料系统102、气缸盖104、发动机控制模块(ECM)106、废气气体再循环(EGR)阀108、进气连接处110、废气门阀(waste gate valve)112和进气系统114。燃料系统102被配置为经由燃料管线将燃料(例如，天然气)输送到进气系统114。在一些实施例中，燃料系统102可以包括燃料箱、压力调节器、燃料过滤器、燃料喷射器和燃料管线。燃料箱可以以压缩状态储存燃料，使得压力调节器被配置为调节离开燃料箱的燃料量。燃料过滤器被配置为从燃料中去除杂质，以防止这样的杂质到达与气缸盖104相关联的一个或更多个燃烧气缸，并潜在地对一个或更多个燃烧气缸造成损坏。燃料喷射器被配置为将燃料喷射到进气系统114中，以将燃料导向燃烧气缸。在一些实施例中，燃料系统102包括燃料泵，以将燃料泵送通过燃料管线并泵入进气系统114中。
气缸盖104位于气缸体(cylinder block)内的一个或更多个燃烧气缸上方。气缸盖104被配置为封闭一个或更多个燃烧气缸以形成燃烧室。在一些实施例中，气缸盖104包括多个通道，这些通道将空气和/或燃料导入一个或更多个燃烧气缸中以允许燃烧反应发生。
ECM 106被配置为控制天然气发动机100的各种运行。在一些实施例中，ECM 106与天然气发动机100内的各种传感器通信，并且ECM 106基于从各种传感器接收的信息来控制天然气发动机100的运行。例如，并且如图1所示，ECM 106与进气系统114通信，并被配置为基于天然气发动机100的运行来调节进入进气系统114的空气量。
EGR阀108是废气气体再循环系统的一部分，该废气气体再循环系统被配置为将天然气发动机100的一部分废气气体再循环到进气系统114中，使得废气气体与进入的空气混合。废气气体再循环可以通过稀释被提供给燃烧气缸的氧气量来降低燃烧气缸内的温度。此外，废气气体再循环可以减少有害排放物的量并提高发动机效率。EGR阀108与进气系统114联接，并被配置为允许一部分废气气体进入进气系统114。
进气连接处110与进气系统114联接，并被配置为在将空气引导至进气系统114之前冷却来自涡轮增压器的压缩空气(例如，增压空气)。冷却进入进气系统114(并因此进入燃烧气缸)的空气允许更稠密的空气进入燃烧气缸，从而允许每次发动机循环燃烧更多的燃料，从而增加发动机的功率输出。
废气门阀112联接到进气系统114，并被配置为引导废气气体远离天然气发动机100的涡轮增压器。引导废气气体远离涡轮增压器可以调节涡轮增压器内的压缩机的转速，从而调节由涡轮增压器提供的最大增压压力。
进气系统114被配置为将可燃混合物输送到与气缸盖104相关联的一个或更多个燃烧气缸。在一些实施例中，可燃混合物包括空气。可燃混合物还可以包括空气和燃料的混合物，并且在一些情况下，可燃混合物还可以包括空气、燃料和废气气体的混合物。如所示出的，进气系统包括进气口适配器(air inlet adapter)116、冰捕集器(ice catcher)118、进气节气门120、混合单元122、连接进气口(connection air intake)124和进气歧管126。
进气口适配器116被配置为将进气连接处110联接到进气系统114，使得空气从涡轮增压器流向进气系统114，而不会使任何空气损失到环境中。因此，进气口适配器116可以是被配置为将进气连接处110联接到进气系统114的任何类型的设备或部件。因此，进气口适配器116和进气连接处110之间的连接处可以包括密封件(例如，O形环、垫圈或任何其他合适的密封机构)，该密封件被配置为当空气从进气连接处110被引导至进气口适配器116时防止空气逸散到环境中。
冰捕集器118被配置为移除可能由于空气和/或燃料的冷凝而形成的冰。冰捕集器118可以是能够防止冰移动通过进气系统114的任何设备或系统。例如，冰捕集器118可以包括网状过滤器(mesh filter)，该网状过滤器防止特定尺寸的冰颗粒穿过。
进气节气门120被配置为控制流经进气系统114并进入一个或更多个燃烧气缸的空气量。进气节气门120与ECM 106通信并响应于来自ECM106的命令而操作。例如，进气节气门120的位置可以与交通工具中加速器踏板的位置相关。当加速器踏板被完全踩下时，进气节气门可以完全打开，以允许最大量的空气进入进气系统114中。当加速器被半踩下时，进气节气门可以半开，以允许最大量的空气的一半进入进气系统114中。
混合单元122与燃料系统102和EGR阀108联接，并被配置为将燃料和废气气体与流经进气系统114的空气组合以产生可燃混合物。参照图2-图3进一步描述混合单元122。
连接进气口124被配置为将混合单元122联接到进气歧管126，使得可燃混合物从混合单元122流到进气歧管126，而不会使任何可燃混合物损失到环境中。因此，连接进气口124可以是被配置为将混合单元122联接到进气歧管126的任何类型的设备或部件。因此，混合单元122和进气歧管126之间的连接处可以包括密封件(例如，O形环、垫圈或任何其他合适的密封机构)，该密封件被配置为当可燃混合物从混合单元122被引导至进气歧管126时防止可燃混合物逸散到环境中。
进气歧管126联接到气缸盖104，并被配置为将可燃混合物引导至气缸盖104，这将可燃混合物引导至气缸盖104中的气缸以用于燃烧。
图2是图1的天然气发动机100的一部分的示例性进气系统114的图示。如所示出的，进气系统114包括导管202、EGR传感器底座204、EGR阀底座206、EGR通道208、燃料通道210以及进气歧管压力和温度传感器212(下文称为“IMPT传感器212”)。导管202与混合单元122联接，并被配置为将可燃混合物从混合单元122引导至气缸盖104。在一些实施例中，导管202与歧管流体连通，该歧管包括用于气缸盖104中的每个气缸的端口。在这样的实施例中，可燃混合物被引导通过导管202并进入每个端口，并且每个端口将可燃混合物引导至气缸盖104中的气缸。导管202可以包括适于引导如所描述的可燃混合物的任何材料。导管202可以包括这样的材料，该材料包括但不限于金属(例如，铝、钢等)和塑料(例如，聚乙烯等)。如所示出的，导管202包括曲折的路径。例如，导管202包括各种弯曲部(bend)和重新定向部分(redirection)，这些弯曲部和重新定向部分被配置为使得可燃混合物的组分(例如，空气、燃料和废气气体)比导管202以直线延伸的情况混合得更彻底。可燃混合物的组分的彻底混合(例如，基本上均匀的混合)可以导致更有效的燃烧循环。
EGR传感器底座204联接到导管202，并提供支撑与EGR系统流体连通的EGR压力传感器(例如，文丘里(Venturi)传感器或文丘里流量计，未示出)的结构。在一些实施例中，EGR压力传感器可以与ECM 106通信，使得ECM 106可以基于废气气体的压力改变废气气体再循环系统的运行。例如，如果ECM 106确定废气气体的压力必须增加，则ECM 106可以使得额外的废气气体被导入进气系统114中。
IMPT传感器212联接到导管202，并限定延伸穿过导管202的壁的一个或更多个传感器通道，使得一个或更多个传感器通道与流经导管202的可燃混合物流体连通。IMPT传感器212被配置为测量可燃混合物的一个或更多个特性。例如，IMPT传感器212可以被配置为当可燃混合物流经导管202时测量可燃混合物的压力。IMPT传感器212还可以被配置为当可燃混合物流经导管202时测量可燃混合物的温度。在一些实施例中，IMPT传感器212可以与ECM 106通信，使得ECM 106可以基于可燃混合物的压力和/或温度来改变进气系统114的运行。例如，如果ECM 106确定可燃混合物的压力必须增加，则ECM 106可以使得额外的空气被导入可燃混合物中。如果ECM 106确定可燃混合物的温度必须降低，则ECM 106可以使得被导入可燃混合物中的空气的压力降低。
混合单元122被示出为包括EGR阀底座206、EGR通道208和燃料通道210。EGR阀底座206包括与废气气体供应源(例如，废气气体导管，未示出)和混合单元122连通的阀。该阀与ECM 106连通，并且可以在ECM 106的方向上打开或关闭，以允许更多或更少的废气气体进入混合单元122。如所示出的，EGR阀底座206包括多个EGR通道208。在多种实施例中，EGR阀底座206可以包括更多或更少的(例如，一个)EGR通道208。每个EGR通道208包括相关联的EGR阀，该EGR阀可以在ECM106的方向上打开或关闭。
燃料通道210经由例如一个或更多个燃料管线联接到燃料系统102，并且提供了路径，燃料通过该路径从燃料系统102被导入混合单元122中。燃料系统102可以包括一个或更多个燃料喷射器，以将燃料喷射到一个或更多个燃料管线中，使得喷射的燃料到达燃料通道210并且可以被导入混合单元122中。如所示出的，燃料通道210位于EGR通道208的上游(例如，位于比EGR通道208更靠近进气口处)。在一些实施例中，燃料通道210和EGR通道208的位置可以切换(例如，EGR通道位于燃料通道210的上游)。
图3是图2的进气系统114的混合单元122的横截面的图示。混合单元122示出为包括燃料配给器302、燃料路径304和第一混合器306。燃料路径304与燃料通道210流体连通，并将燃料引导至燃料配给器302。在一些实施例中，燃料路径304完全围绕导管202的内径(inner diameter)延伸。燃料路径304也可以仅部分地围绕导管202的内径延伸。燃料配给器302与燃料路径304流体连通，使得燃料配给器302与来自燃料系统102的燃料连通。燃料配给器302可以是被配置为将燃料分配到导管202中使得燃料可以与导管202中的空气混合的任何类型的设备或系统。在一些实施例中，燃料配给器302是雾化器，其被配置为将燃料作为细喷雾或薄雾导入导管202中。燃料配给器302可以被配置为沿与导管202中的空气流相同的方向(例如，沿与图3中的箭头相同的方向)将燃料导入导管202中。燃料配给器302还可以被配置为沿垂直于导管202中的空气流的方向将燃料导入导管202中(例如，被导出图3中的页面)。在一些实施例中，燃料配给器302可以被配置为沿与导管202中的空气流相反的方向将燃料导入导管202中。
第一混合器306位于燃料配给器302的下游，并被配置为将由燃料配给器302分配的燃料与流经导管202的空气混合。因此，第一混合器306可以是被配置为将流经导管(例如，导管202)的两种或更多种组分进行混合的任何类型的设备或系统。在一些实施例中，并且如图3所示，第一混合器306可以是包括多种部件(例如，翅片(fin)、翼型件等)的流动干扰器(flow disruptor)，其被配置为改变导管202中的两种或更多种组分的流动方向。如所示出的，第一混合器306包括多个翅片314，这些翅片314将流导向导管202的内壁，以在两种或更多种组分接触导管202的内壁时将额外的湍流引入流中，从而增强两种或更多种组分(例如，燃料和空气)的混合。
混合单元122被进一步示出为包括废气气体配给器308、废气气体路径310和第二混合器312。废气气体路径310与EGR通道208流体连通，并将废气气体引导至废气气体配给器308。在一些实施例中，废气气体路径310完全围绕导管202的内径延伸。废气气体路径310也可以仅部分地围绕导管202的内径延伸。废气气体配给器308与废气气体路径310流体连通，使得废气气体配给器308经由EGR阀108与来自废气气体再循环系统的废气气体连通。废气气体配给器308可以是被配置为将废气气体分配到导管202中的任何类型的设备或系统，使得废气气体可以在导管202中与空气/燃料混合物混合。在一些实施例中，废气气体配给器308是雾化器，其被配置为将废气气体作为细喷雾或薄雾导入导管202中。废气气体配给器308可以被配置为沿与导管202中的空气/燃料混合物流相同的方向(例如，沿与图3中的箭头相同的方向)将废气气体导入导管202中。废气气体配给器308还可以被配置为沿垂直于导管202中的空气/燃料混合物流的方向将废气气体导入导管202中(例如，被导出图3中的页面)。在一些实施例中，废气气体配给器308可以被配置为沿与导管202中的空气/燃料混合物流相反的方向将废气气体导入导管202中。
第二混合器312位于废气气体配给器308的下游，并被配置为将由废气气体配给器308分配的废气气体与流经导管202的空气/燃料混合物混合。因此，第二混合器312可以是被配置为将流经导管(例如，导管202)的两种或更多种组分进行混合的任何类型的设备或系统。在一些实施例中，并且如图3所示，第二混合器312可以是包括多种部件(例如，翅片、翼型件等)的流动干扰器，其被配置为改变导管202中的两种或更多种组分的流动方向。如所示出的，第二混合器312包括多个翅片316，这些翅片316将流导向导管202的内壁，以在两种或更多种组分接触导管202的内壁时将额外的湍流引入流中，从而增强两种或更多种组分(例如，燃料，空气和废气气体)的混合。
如图3所示，燃料配给器302和第一混合器306位于废气气体配给器308和第二混合器312的上游。在一些实施例中，燃料配给器302和第一混合器306以及废气气体配给器308和第二混合器312的位置被切换，使得废气气体被分配到燃料的上游。此外，并且在另外的实施例中，可以使用多于两个的配给器。例如，两个或更多个配给器/混合器可以定位在导管202内，以将燃料分配到导管202中，并且两个或更多个配给器/混合器可以定位在导管202内，以将废气气体分配到导管202中。在这样的实施例中，配给器/混合器的位置可以变化。例如，所有燃料配给器/混合器可以位于所有废气气体配给器/混合器的上游。在一些布置中，所有燃料配给器/混合器可以位于所有废气气体配给器/混合器的下游。在某些情况下，燃料配给器/混合器与废气气体配给器/混合器交替。
图4-图6是用于与图3的混合单元122一起使用的示例性燃料配给器302(第一配给器)的多种视图的图示。燃料配给器302被示出为包括上游部分402和下游部分404。上游部分402位于导管202中比下游部分404更上游的位置。例如，上游部分402定位成比下游部分404更靠近进气节气门120。上游部分402和下游部分404限定了位于上游部分和下游部分之间的凹进部分406。上游部分402、下游部分404、凹进部分406和导管202限定了燃料路径304。如所示出的，燃料配给器302包括基本上圆形的横截面形状，使得燃料配给器302的横截面形状基本上匹配导管202的横截面形状。在一些实施例中，燃料配给器302包括不同的横截面形状(例如，椭圆形、矩形等)以匹配导管202的横截面形状。
燃料配给器302还包括多个辐条(spoke)410，多个辐条410从燃料配给器302的内表面朝向中央枢纽408延伸。虽然示出了六个辐条410，但是本领域技术人员将理解，可以使用更多或更少的辐条来联接中央枢纽与燃料配给器302的内表面。此外，在一些实施例中，辐条410围绕中央枢纽408基本上等距地彼此间隔。在所示的示例性实施例中，辐条410各自彼此间隔六十度。辐条410也可以以辐条410基本上不等距地彼此间隔的方式围绕中央枢纽408间隔。
上游部分402限定了多个开口412，这些开口412完全延伸穿过上游部分402的壁。多个开口412与燃料路径304流体连通，使得燃料经由多个开口412沿上游方向分配到导管202中。如所示出的，上游部分402限定了三十六个开口412，然而本领域技术人员将理解，可以使用更多或更少的开口412。在一些实施例中，三十六个开口412围绕上游部分402基本上等距地间隔开。开口412也可以被定位成使得开口412围绕上游部分402基本上不等距地间隔开。
下游部分404限定了多个开口414和多个开口416(本文称为“开口414和416”)，这些开口中的每一个完全延伸穿过下游部分404的壁。开口414和416与燃料路径304流体连通，使得燃料经由开口414和416沿下游方向分配到导管202中。如所示出的，下游部分404限定了三十六个开口414和三十六个开口416，然而本领域技术人员将理解，可以使用更多或更少的开口414和416。在一些实施例中，开口414和416围绕下游部分404基本上等距地间隔开。开口414和416也可以被定位成使得开口414和416围绕下游部分404基本上不等距地间隔开。
在一些实施例中，辐条410中的每一个限定了与燃料路径304流体连通的内部通道(未示出)，使得内部通道将燃料从内部通道引导至中央枢纽408。辐条410中的每一个还限定多个开口418，这些开口位于辐条410的下游侧，并完全延伸穿过辐条410中的每一个的相应壁。每个开口418与内部通道流体连通，并且可以沿下游方向将燃料导入导管202中。如所示出的，辐条410中的每一个限定了六个开口418，然而在多种实施例中，可以使用更多或更少的开口418。中央枢纽408限定了中空的内部部分，该中空的内部部分与来自辐条410中的每一个的内部通道流体连通。中央枢纽408还限定了孔420，孔420完全延伸穿过中央枢纽的壁，使得孔420中的每一个与内部部分流体连通，并且可以将燃料沿下游方向导入导管202中。
在运行中，燃料经由燃料通道210被输送到燃料路径304。燃料围绕燃料路径304流动，并流动通过如所述的由燃料配给器302限定的多种开口和通道，使得燃料被输送到导管202以与流经导管202的空气混合。
图7-图9是用于与图3的混合单元122一起使用的示例性废气气体配给器308(第二配给器)的多种视图的图示。废气气体配给器308被示出为包括上游部分702和下游部分704。上游部分702位于导管202中比下游部分704更上游的位置。例如，上游部分702定位成比下游部分704更靠近进气节气门120。上游部分702和下游部分704限定了位于上游部分和下游部分之间的凹进部分706。上游部分702、下游部分704、凹进部分706和导管202限定了废气气体路径310。如所示出的，废气气体配给器308包括基本上圆形的横截面形状，使得废气气体配给器308的横截面形状基本上匹配导管202的横截面形状。在一些实施例中，废气气体配给器308包括不同的横截面形状(例如，椭圆形、矩形等)以匹配导管202的横截面形状。
废气气体配给器308还包括多个辐条710，多个辐条710从废气气体配给器308的内表面朝向中央枢纽708延伸。虽然示出了六个辐条710，但是本领域技术人员将理解，可以使用更多或更少的辐条来联接中央枢纽与废气气体配给器308的内表面。此外，在一些实施例中，辐条710围绕中央枢纽708基本上等距地彼此间隔。在所示的示例性实施例中，辐条710各自彼此间隔六十度。辐条710也可以以辐条710基本上不等距地彼此间隔的方式围绕中央枢纽708间隔。
上游部分702限定了多个开口712，这些开口完全延伸穿过上游部分702的壁。多个开口712与废气气体路径310流体连通，使得废气气体经由多个开口712沿上游方向分配到导管202中。如所示出的，上游部分702限定了四十八个开口712，然而本领域技术人员将理解，可以使用更多或更少的开口712。在一些实施例中，四十八个开口712围绕上游部分702基本上等距地间隔开。开口712也可以被定位成使得开口712围绕上游部分702基本上不等距地间隔开。
下游部分704限定了多个开口714和多个开口716(本文称为“开口714和716”)，这些开口中的每一个完全延伸穿过下游部分704的壁。开口714和716与废气气体路径310流体连通，使得燃料经由开口714和716沿下游方向分配到导管202中。如所示出的，下游部分704限定了四十八个开口714和二十四个开口716，然而本领域技术人员将理解，可以使用更多或更少的开口714和716。在一些实施例中，开口714和716围绕下游部分704基本上等距地间隔开。开口714和716还可以被定位成使得开口714和716围绕下游部分704基本上不等距地间隔开。
在一些实施例中，辐条710中的每一个限定了与废气气体路径310流体连通的内部通道720，使得内部通道将废气气体从内部通道引导至中央枢纽708。内部通道720也完全延伸穿过辐条710，使得内部通道720也与导管202流体连通，并沿下游方向将废气气体引导至导管202。中央枢纽708限定了中空的部分，该中空的部分沿上游方向和下游方向两者完全延伸穿过中央枢纽708，并且与导管202流体连通，使得从内部通道720到达中央枢纽708的废气气体沿上游方向或下游方向被导入导管202中。
在运行中，废气气体经由EGR通道208被输送到废气气体路径310。废气气体围绕废气气体路径310流动，并流动通过如所述的由废气气体配给器308限定的多种开口和通道，使得废气气体被输送到导管202以与流经导管202的空气/燃料混合物混合。
图10是图3的混合单元122的第一混合器306的透视图的图示。虽然仅示出了第一混合器306，但是第二混合器312在结构和功能上基本上类似于第一混合器306。因此，对第一混合器306的描述也适用于第二混合器312。第一混合器306被示出为包括外部部分1004和中央枢纽1002。外部部分1004包括基本上圆形的横截面形状，该横截面形状被配置为配合在导管202内。第一混合器306还包括多个翅片314，多个翅片314联接到外部部分1004和中央枢纽1002并在外部部分1004和中央枢纽1002之间延伸。如所示出的，第一混合器306包括围绕中央枢纽1002布置的六个翅片314。在多种实施例中，第一混合器306可以包括围绕中央枢纽1002布置的更多或更少的翅片314。翅片314被示出为彼此基本上等距地布置。例如，六个翅片314被布置成使得每个相邻的翅片314之间的角度大约为六十度。在一些实施例中，翅片314被布置成使得每个翅片314之间的距离基本上不相同。
在运行中，第一混合器306位于燃料配给器302的下游。第一混合器306的翅片314被配置为当空气/燃料混合物流经导管202时接触空气/燃料混合物，并改变空气/燃料混合物的流动方向，以促进空气/燃料混合物的基本上均匀的混合。类似地，第二混合器312位于废气气体配给器308的下游，并被配置为改变空气/燃料/废气气体混合物(例如，可燃混合物)的流动方向，以促进可燃混合物的基本上均匀的混合。
本文描述的实施方式已经表明具有许多有益的效果。例如，将混合单元122定位在进气连接处110附近允许可燃混合物在其从混合单元122移动并移动通过导管202时变成基本上均匀的混合物。此外，输送到一个或更多个燃烧气缸的可燃混合物具有0.969-1.012的最大变化λ，其中λ被定义为气缸中的空气/燃料比与化学计量空气/燃料比的比率。另外，当天然气发动机100在正常或高负载状态下运行时(例如，发动机扭矩大于800lb-ft)，EGR的变化(例如，最高EGR流速和最低EGR流速之间的差值)在百分之二以内。
虽然本说明书包含很多特定的实施方式细节，但是这些不应被解释为对可被要求保护的内容的范围的限制，而是应被解释为对特定的实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以组合地在单个实施方式中实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施方式中实施。此外，虽然特征可被描述为以某些组合起作用且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可从该组合删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
如在本文中所使用的，术语“基本上”和类似的术语旨在具有与本公开的主题所属的领域中的普通技术人员的常见和被接受的使用一致的含义。查阅本公开的本领域技术人员应理解，这些术语旨在允许对所描述和要求保护的某些特征的描述，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确的数值范围。因此，这些术语应被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或改变被认为在所附权利要求中所述的本发明的范围内。
如在本文中所使用的，术语“联接”及类似的术语意指两个部件直接或间接地连结到彼此。这样的连结可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。通过两个部件或两个部件和任何附加的中间部件彼此一体地形成为单个整体主体、通过两个部件或通过两个部件和任何附加的中间部件附接到彼此，可以实现这样的连结。
重要的是，应注意，在多种示例性实施方式中示出的系统的构造和布置在性质上仅是说明性的而非限制性的。出现在所描述的实施方式的精神和/或范围内的所有变化和修改期望受到保护。应理解，一些特征可能不是必要的，且缺少各种特征的实施方式可被设想为在本申请的范围内，该范围由所附权利要求界定。当使用语言“部分(portion)”时，该项可包括一部分项和/或整个项，除非特别相反地陈述。
此外，术语“或”以其包括性意义(而不是以其排他性意义)被使用，使得当用于例如衔接一列元素时，术语“或”意指列表中的元素中的一个、一些或所有。除非另有明确陈述，否则诸如短语“X、Y和Z中的至少一个”的连接语在上下文中以其他方式被理解为通常用于表达项、术语等可以是：X；Y；Z；X和Y；X和Z；Y和Z；或X、Y和Z(即，X、Y和Z的任何组合)。因此，这样的连接语通常不意图暗示某些实施例要求X中的至少一个、Y中的至少一个和Z中的至少一个各自存在，除非另有指示。
虽然仅在本公开中详细描述了几种实施方案，但查阅本公开的本领域技术人员将容易认识到，很多修改(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等上的变化)是可能的，而实质上不偏离本文所描述的主题的新颖性教导和优点。例如，示出为一体地形成的元件可以由多个部件或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式改变，并且分立元件的性质或数量或位置可以更改或变化。根据可替代的实施例，任何方法过程的顺序或次序可以改变或重新排序。也可在各种示例性实施例的设计、运行条件和布置上做出其他替代、修改、变化和省略，而不偏离本发明的范围。

Claims (25)

1.一种用于发动机的进气系统，包括：
导管，其被配置为将可燃混合物引导至气缸盖；
混合单元，其联接到所述导管，所述混合单元包括：
燃料配给器，其被配置为将燃料分配到所述导管中；
第一混合器，其位于所述燃料配给器的下游，所述第一混合器被配置为混合空气和所述燃料；
废气气体配给器，其被配置为将废气气体分配到所述导管中；
第二混合器，其位于所述废气气体配给器的下游，所述第二混合器被配置为将所述废气气体与所述空气和所述燃料混合以形成所述可燃混合物；以及
进气节气门，其被配置为将空气导入所述混合单元中。
2.根据权利要求1所述的进气系统，还包括：
燃料路径，其与所述燃料配给器流体连通，所述燃料路径被配置为将所述燃料从燃料系统引导至所述燃料配给器；以及
废气气体路径，其与所述废气气体配给器流体连通，所述废气气体路径被配置为将所述废气气体从废气气体再循环系统引导至所述废气气体配给器。
3.根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述燃料配给器包括第一雾化器，所述第一雾化器被配置为将所述燃料分配到所述导管中，并且其中，所述废气气体配给器包括第二雾化器，所述第二雾化器被配置为将所述废气气体分配到所述导管中。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的进气系统，其中，所述燃料配给器位于所述废气气体配给器的上游。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的进气系统，其中，所述燃料配给器位于所述废气气体配给器的下游。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的进气系统，其中，所述燃料包括天然气。
7.一种位于发动机系统的进气系统内的混合单元，所述混合单元与所述发动机系统的燃料系统和所述发动机系统的废气气体再循环系统流体连通，所述混合单元包括：
导管；
燃料配给器，其位于所述导管内，所述燃料配给器包括：
第一上游部分；
第一下游部分；以及
第一凹进部分，其位于所述第一上游部分、所述第一下游部分和所述导管之间，所述第一凹进部分被配置为从所述燃料系统接收燃料并将所述燃料导入所述导管中，以将所述燃料与流经所述导管的空气混合；以及
废气气体配给器，其位于所述导管内和所述燃料配给器的下游，所述废气气体配给器包括：
第二上游部分；
第二下游部分；以及
第二凹进部分，其位于所述第二上游部分、所述第二下游部分和所述导管之间，所述第二凹进部分被配置为从所述废气气体再循环系统接收废气气体并将所述废气气体导入所述导管中，以将所述废气气体与流经所述导管的所述燃料和所述空气混合。
8.根据权利要求7所述的混合单元，其中，所述燃料配给器还包括：
第一多个开口，其由所述第一上游部分限定并完全延伸穿过所述第一上游部分，使得所述第一凹进部分与所述导管的上游部分流体连通；以及
第二多个开口，其由所述第一下游部分限定并完全延伸穿过所述第一下游部分，使得所述第一凹进部分与所述导管的下游部分流体连通。
9.根据权利要求8所述的混合单元，其中，所述燃料配给器还包括：
中央枢纽；以及
多个辐条，其与所述燃料配给器的内表面和所述中央枢纽联接并在所述燃料配给器的所述内表面和所述中央枢纽之间延伸。
10.根据权利要求9所述的混合单元，其中，所述燃料配给器限定多个内部通道，所述多个内部通道由所述多个辐条限定，所述多个内部通道中的每一个与所述多个辐条中对应的一个辐条相关联，所述多个内部通道与所述第一凹进部分流体连通。
11.根据权利要求10所述的混合单元，其中，所述多个辐条中的每一个限定第三多个开口，所述第三多个开口沿下游方向完全延伸穿过所述多个辐条中的每一个，使得所述多个内部通道中的每一个与所述第三多个开口中的每一个流体连通。
12.根据权利要求10或11所述的混合单元，其中，所述中央枢纽限定中空部分，所述中空部分与所述多个内部通道流体连通，并且限定沿下游方向完全延伸穿过所述中央枢纽的多个孔，使得所述中空部分与所述导管流体连通。
13.根据权利要求7-11中任一项所述的混合单元，还包括第一混合器，所述第一混合器位于所述燃料配给器的下游，所述第一混合器包括：
外部部分；
中央枢纽；以及
多个翅片，所述多个翅片联接到所述外部部分和所述第一混合器的所述中央枢纽并在所述外部部分和所述第一混合器的所述中央枢纽之间延伸，所述多个翅片被配置为改变流经所述导管的所述燃料和所述空气的流动方向，以使所述燃料和所述空气混合。
14.一种发动机系统，包括：
进气系统，其位于空气源和气缸盖之间，所述进气系统包括：
导管，其被配置为将可燃混合物引导至所述气缸盖；
混合单元，其联接到所述导管，所述混合单元包括：
燃料配给器，其被配置为将第一材料分配到所述导管中；
废气气体配给器，其被配置为将第二材料分配到所述导管中；
第一混合器，其位于所述燃料配给器和所述废气气体配给器之间；
第二混合器，其位于所述燃料配给器和所述废气气体配给器的下游，所述第二混合器包括第二外部部分和第二中央枢纽；以及
进气节气门，其与所述空气源连通，所述进气节气门被配置为将空气导入所述混合单元中。
15.根据权利要求14所述的发动机系统，还包括：
第一路径，其与所述燃料配给器流体连通，所述第一路径被配置为将所述第一材料引导至所述燃料配给器；以及
第二路径，其与所述废气气体配给器流体连通，所述第二路径被配置为将所述第二材料引导至所述废气气体配给器。
16.根据权利要求15所述的发动机系统，其中，所述燃料配给器包括第一雾化器，所述第一雾化器被配置为将所述第一材料分配到所述导管中，并且其中，所述废气气体配给器包括第二雾化器，所述第二雾化器被配置为将所述第二材料分配到所述导管中。
17.根据权利要求14所述的发动机系统，其中，所述第一混合器还包括第一外部部分和第一中央枢纽。
18.根据权利要求17所述的发动机系统，其中，所述第一混合器还包括第一多个翅片，所述第一多个翅片联接到所述第一外部部分和所述第一中央枢纽并在所述第一外部部分和所述第一中央枢纽之间延伸。
19.根据权利要求18所述的发动机系统，其中，所述第二混合器还包括第二多个翅片，所述第二多个翅片联接到所述第二外部部分和所述第二中央枢纽并在所述第二外部部分和所述第二中央枢纽之间延伸。
20.根据权利要求18所述的发动机系统，其中，所述第一多个翅片被配置为改变流经所述导管的空气的流动方向和所述第一材料或所述第二材料的流动方向，以使得所述空气与所述第一材料或所述第二材料混合。
21.根据权利要求19所述的发动机系统，其中，所述第二多个翅片被配置为改变流经所述导管的所述第二材料、所述第一材料和所述空气的流动方向，以使得所述第二材料、所述第一材料与所述空气混合，从而形成可燃材料。
22.根据权利要求14-21中任一项所述的发动机系统，其中，所述燃料配给器位于所述废气气体配给器的上游。
23.根据权利要求22所述的发动机系统，其中，所述第一材料是燃料并且所述第二材料是废气气体。
24.根据权利要求22所述的发动机系统，其中，所述第一材料是废气气体并且所述第二材料是燃料。
25.根据权利要求23或24所述的发动机系统，其中，所述燃料是天然气。
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